沈雨思, 朱丹實(shí), 潘 越, 曹雪慧, 劉 賀, 勵(lì)建榮
(渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院/生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心/遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遼寧省高等學(xué)校生鮮食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院, 遼寧 錦州 121013)
蘋果是世界范圍內(nèi)普遍種植的水果,也是最常食用的水果之一[1]。蘋果營養(yǎng)豐富,含有多種維生素、礦物質(zhì)、多酚和黃酮類物質(zhì)[2]。近年來,“最小加工”和“清潔標(biāo)簽”這兩個(gè)新興概念使得更天然、更純粹的非濃縮還原(not from concentrate,NFC)果汁逐漸成為飲料行業(yè)的主流產(chǎn)業(yè)。NFC蘋果濁汁在加工過程中完全采用鮮果壓榨,能更好地保持蘋果風(fēng)味和營養(yǎng)。研究表明,NFC蘋果濁汁不僅具有比濃縮蘋果汁更高的果肉纖維、多酚和果膠含量,而且口味更加柔和[3]。但是,由于NFC蘋果濁汁具有易發(fā)生褐變和沉淀的特性,產(chǎn)品和工藝還有許多需要改善的空間。
褐變是對(duì)消費(fèi)者視覺感官最直觀的影響因素,它不僅影響食品的感官特性,也通常伴隨著食品營養(yǎng)品質(zhì)的下降[4-5]。果蔬制品褐變?cè)蛑饕忻复俸肿兒头敲负肿儍煞N[6]。NFC果汁加工過程中的熱殺菌使得制品中包括多酚氧化酶在內(nèi)的多種氧化酶類失活或鈍化,因此,在其貯藏過程中非酶褐變起主導(dǎo)性作用[7-8]。NFC蘋果濁汁貯藏過程中非酶褐變的影響因素主要包括溫度、氨基酸、多酚、維生素C等[9-10]。環(huán)境溫度是較為明顯的影響因素,溫度越高,果汁中的組分越容易發(fā)生反應(yīng),褐變指數(shù)變化越明顯[11]。Paravisini等[12]分別對(duì)4℃和35℃貯藏10周的蘋果汁進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)冷藏明顯延緩了果汁褐變指數(shù)的增長。Cao等[13]對(duì)冷藏和常溫貯藏6個(gè)月的超高壓草莓汁研究發(fā)現(xiàn),常溫貯藏果汁的褐變度和總色差值更高。
目前,果汁長期貯藏的褐變機(jī)理以及控制手段已經(jīng)有一定的研究,但果汁產(chǎn)品開封后短期貯藏過程中非酶褐變與營養(yǎng)、風(fēng)味等品質(zhì)指標(biāo)的變化關(guān)系研究較少。本研究以富士蘋果為原料,制備NFC蘋果濁汁。模擬果汁飲料開封后短期貯藏的自然褐變過程,將殺菌后的蘋果汁旋蓋開口后利用保鮮膜封口,在4 ℃和20 ℃兩種溫度下考察果汁褐變過程中營養(yǎng)和風(fēng)味指標(biāo)的變化情況。本研究旨在探究蘋果濁汁褐變過程與果汁營養(yǎng)和風(fēng)味變化的關(guān)系,為有針對(duì)性地開發(fā)蘋果濁汁的品質(zhì)保持技術(shù)提供理論依據(jù)。
富士蘋果(Malusdomestica),錦州市水果批發(fā)市場,挑選無損傷、無病蟲害的果實(shí)作為實(shí)驗(yàn)材料。
食品級(jí)D-異抗壞血酸鈉,江西省百勤異VC鈉(集團(tuán))有限公司;無水乙醇、氫氧化鈉,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;草酸,天津市天力化學(xué)試劑有限公司;抗壞血酸、酚酞,天津市大茂化學(xué)試劑廠;2,6-二氯靛酚鈉,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;碳酸氫鈉、碳酸鈉,天津市化學(xué)試劑批發(fā)公司;沒食子酸,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;福林酚,北京索萊寶科技有限公司。以上化學(xué)試劑均為分析純。
PL303型電子天平,梅特勒- 托利多儀器有限公司;JP719型打漿機(jī),浙江蘇泊爾電器有限公司;HWS- 24型電熱恒溫水浴鍋,上海一恒科學(xué)儀器有限公司; KQ- 250E型超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;Allegra 64R型離心機(jī),美國貝克曼庫爾特公司;2WAJ型阿貝折光儀,上海申光儀器儀表有限公司;CR- 400型色差儀,上海光學(xué)儀器生產(chǎn)廠;L6S型紫外可見分光光度計(jì),北京儀電分析科技有限公司;PEN- 3型電子鼻,德國Aisense科學(xué)儀器公司。
1.3.1果汁制作流程
選擇成熟度適中的富士蘋果,清洗后去核切塊,放入組織破碎機(jī)中打漿2 min,并按果塊質(zhì)量的0.1%加入維生素C進(jìn)行打漿護(hù)色[14]。然后用300目的濾布對(duì)果漿進(jìn)行過濾,將灌裝好的蘋果汁用保鮮膜封口并留出脫氣的孔洞置于超聲清洗器中,設(shè)置超聲時(shí)間5 min進(jìn)行超聲脫氣。脫氣后的果汁置于85 ℃恒溫水浴鍋中,殺菌10 min,最后使用多層保鮮膜和橡皮圈將冷卻好的蘋果汁封口,再分別將蘋果汁置于4 ℃和20 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中分別貯藏7 d和4 d,直到果汁顏色完全褐化。保鮮膜的作用是透氣并防止微生物或者外界雜質(zhì)引入果汁中。
1.3.2檢測(cè)方法
1.3.2.1 色差測(cè)定
使用CR- 400型色差儀對(duì)果汁顏色進(jìn)行測(cè)定,測(cè)量L*值(亮度)、a*值(紅綠色)和b*值(黃藍(lán)色)。總色差ΔE*的計(jì)算見式(1)[15-16]。
(1)
1.3.2.2 褐變指數(shù)測(cè)定
參照Paravisini等[12]的方法測(cè)定,吸取5.0 mL果汁至離心管中,12 000 r/min離心5 min。離心后小心吸取上清液移入比色皿中,進(jìn)行吸光度測(cè)量。以蒸餾水為對(duì)照在420 nm處測(cè)量樣品的吸光度,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。
1.3.2.3 可溶性固形物測(cè)定
利用阿貝折光儀進(jìn)行測(cè)定,單位為°Brix。
1.3.2.4 可滴定酸測(cè)定
根據(jù)NaOH的消耗量計(jì)算出蘋果濁汁中可滴定酸的含量[17],其中蘋果酸的折算系數(shù)為0.067。
1.3.2.5 維生素C含量測(cè)定
采用GB/T 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測(cè)定》[18]中的2,6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測(cè)定。
1.3.2.6 總酚測(cè)定
采用福林酚法測(cè)定總酚含量[19-20]。以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品,得出沒食子酸的質(zhì)量濃度(X,mg/mL)與吸光度(Y)的線性關(guān)系:Y=0.269 9X-0.015 0,R2=0.997 4。
1.3.2.7 電子鼻檢測(cè)
揮發(fā)性風(fēng)味的測(cè)定參考Zhu等[21]的方法,使用PEN- 3型電子鼻對(duì)兩種貯藏溫度下的果汁樣品進(jìn)行檢測(cè)。取15 mL蘋果濁汁注入測(cè)量瓶中,測(cè)量瓶用3層塑料膜進(jìn)行密封,在室溫下放置30 min后再使用PEN- 3型電子鼻進(jìn)行檢測(cè),每個(gè)樣品需重復(fù)測(cè)量3次。檢測(cè)采用隔天測(cè)量的方式對(duì)果汁內(nèi)的風(fēng)味成分進(jìn)行測(cè)量, 4 ℃貯藏的蘋果濁汁在第0、1、3、5、7天進(jìn)行測(cè)量,20 ℃貯藏的蘋果濁汁在第0、1、3、4天進(jìn)行測(cè)量。
實(shí)驗(yàn)中各個(gè)指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次,使用IBM SPSS 20.0處理數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,使用Origin 9繪圖。
2.1.1不同貯藏溫度下顏色的變化
顏色是果蔬汁最重要的品質(zhì)特征之一,極大地影響產(chǎn)品的市場價(jià)值和消費(fèi)者購買行為[22]。通過對(duì)果汁色差的測(cè)量,能夠直觀地看出果汁顏色的變化趨勢(shì)。在冷藏和常溫條件下,對(duì)蘋果濁汁貯藏過程中的色差值變化進(jìn)行了追蹤,結(jié)果見表1。隨著貯藏時(shí)間的增加,在4 ℃和20 ℃貯藏的果汁都呈現(xiàn)出L*值和b*值減小,而a*值增大的趨勢(shì),說明貯藏期間果汁顏色變暗,黃綠色減少,產(chǎn)生一定程度的褐變。但是冷藏條件下的果汁從第2天以后,L*值、b*值和a*值才發(fā)生顯著變化(P<0.05),而常溫貯藏下果汁色差值第1天就開始發(fā)生顯著變化。另外,根據(jù)ΔE*值的不同,可以估計(jì)處理后樣品與未處理樣品之間的色差:0<ΔE*≤0.5為不明顯,0.5<ΔE*≤1.5為略明顯,1.5<ΔE*≤3.0為明顯,3.0<ΔE*≤6.0為清晰可見[23]。在4 ℃貯藏的果汁總色差值從第5天開始顏色變化清晰可見(ΔE*>3.0),而20 ℃貯藏的果汁總色差值從第2天就已經(jīng)顏色變化清晰可見。研究結(jié)果表明,4 ℃貯藏延緩了果汁顏色的變化。
表1 蘋果濁汁貯藏過程中色差的變化Tab.1 Changes in color difference of cloudy apple juice during storage
2.1.2不同貯藏溫度下褐變指數(shù)的變化
通常420 nm處的吸光度能很好地表示水溶性褐色素物質(zhì)的產(chǎn)生,這一波長下的吸光度被認(rèn)為是果汁非酶褐變程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)[24-26]。蘋果濁汁貯藏過程中褐變指數(shù)變化情況如圖1。4 ℃貯藏下的果汁在3 d后褐變指數(shù)開始顯著升高(P<0.05),在第7天上升至0.92;而20 ℃貯藏下的果汁在貯藏1 d后褐變指數(shù)就開始明顯上升,并在第4天上升至1.62,最終的吸光度也明顯高于4 ℃貯藏的果汁。果汁貯藏過程中的主要非酶褐變是多酚類物質(zhì)和維生素C的氧化。在未密閉的狀態(tài),果汁與外界少量的氧接觸,加速了果汁中多酚和維生素C的氧化,且溫度越高,反應(yīng)越易發(fā)生。
不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 貯藏過程中蘋果濁汁褐變指數(shù)的變化Fig.1 Changes on browning index of cloudy apple juice during storage
2.2.1不同貯藏溫度下總酚含量的變化
不同貯藏溫度下蘋果濁汁總酚含量變化如圖2。隨著果汁貯藏時(shí)間的增加,兩種貯藏溫度下果汁的總酚含量均不斷下降。20 ℃貯藏的果汁幾乎呈線性下降的趨勢(shì),而4 ℃貯藏初期果汁的總酚含量下降較為緩慢。酚類物質(zhì)的氧化聚合導(dǎo)致果汁中的酚類物質(zhì)含量減少,產(chǎn)生急劇下降的原因可能是果汁瓶頂隙中的氧氣,導(dǎo)致酚類氧化聚合反應(yīng)增強(qiáng),隨著氧容量的降低反應(yīng)趨于平緩[27]。4 ℃貯藏可以有效延緩非酶褐變,減少酚類物質(zhì)的損失。
不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2 貯藏過程中蘋果濁汁總酚含量的變化Fig.2 Changes on total phenol content of cloudy apple juice during storage
2.2.2不同貯藏溫度下維生素C含量的變化
維生素C由于其酸性和還原性,很容易被氧化和分解,在貯藏過程中也容易氧化生成有色物質(zhì),導(dǎo)致果汁顏色加深。4 ℃和20 ℃貯藏過程中蘋果濁汁維生素C含量的變化如圖3。4 ℃的貯藏條件下,0~5 d維生素C含量顯著降低(P<0.05),從70.11 mg/100 g下降至3.63 mg/100 g;而在貯藏5 d后果汁的維生素C含量并無顯著性差異。20 ℃貯藏的果汁維生素C含量的變化趨勢(shì)與4 ℃的貯藏情況相似,0~3 d維生素C含量驟減,從70.11 mg/100 g急劇下降至5.55 mg/100 g;而在貯藏3 d后果汁的維生素C含量無顯著性差異。由圖3可知,NFC蘋果濁汁無論在何種狀態(tài)下貯藏,其維生素C都因在貯藏過程中的反應(yīng)而被不斷消耗。這些反應(yīng)包括維生素C的有氧降解和無氧降解,在有氧的條件下維生素C降解反應(yīng)速率高于無氧環(huán)境下的降解速率[28]。因此,在果汁貯藏過程中,維生素C含量在貯藏初期驟減,當(dāng)降低到一定程度后緩慢下降,但4 ℃的貯藏條件相較于20 ℃,降低了維生素C的損失速度,故低溫貯藏在一定程度上能延緩維生素C的降解。開封后果汁貯藏期間褐變的主要原因是多酚和維生素C的氧化作用,并且不同溫度的貯藏條件下,褐變程度也不同,冷藏明顯延緩了蘋果濁汁的褐變。
不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 貯藏過程中蘋果濁汁維生素C含量的變化Fig.3 Changes on vitamin C content of cloudy apple juice during storage
2.3.1不同貯藏溫度下口味的變化
不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖4 貯藏過程中蘋果濁汁口味的變化Fig.4 Changes in taste of cloudy apple juice during storage
果汁的風(fēng)味會(huì)受到糖類、氨基酸和揮發(fā)性芳香族物質(zhì)的影響,這些糖和酸組成的平衡會(huì)影響果汁的口味[29]。圖4表明了4 ℃和20 ℃貯藏過程中可溶性固形物含量、可滴定酸含量和糖酸比的變化。由圖4(a)可以看出,在4 ℃下可溶性固形物含量從0 d的12.9°Brix下降至7 d的12.0°Brix,貯藏過程中可溶性固形物含量整體變化較為緩慢。在20 ℃的貯藏條件下,蘋果濁汁中的可溶性固形物含量從12.9°Brix下降至11.9°Brix,且貯藏過程中可溶性固形物含量下降速度較快。從圖4(b)可以看出,在4 ℃和20 ℃貯藏期間,蘋果濁汁的可滴定酸含量逐漸增加,且20 ℃貯藏的果汁酸度增加速率明顯高于4 ℃的果汁。結(jié)果表明,在蘋果濁汁的貯藏期間,貯藏溫度對(duì)糖度和酸度的變化也有一定的影響。圖4(c)為4 ℃和20 ℃貯藏時(shí)果汁糖酸比的變化,糖酸比由果汁中的糖度與酸度的比值計(jì)算得出。果汁在4 ℃下貯藏0~3 d時(shí),糖酸比并無顯著性變化,而在20 ℃貯藏時(shí),果汁的糖酸比在第2天就與對(duì)照果汁(第0天)的糖酸比存在顯著性差異(P<0.05)。這說明4 ℃貯藏的果汁在前3 d存放過程中口味并無顯著性變化,但隨著貯藏時(shí)間的延長口味逐漸酸化,并且貯藏溫度越高,果汁口味劣變?cè)娇臁?/p>
2.3.2不同貯藏溫度下?lián)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化
電子鼻主要是模擬人體嗅覺系統(tǒng),它包含10個(gè)金屬氧化物傳感器,每個(gè)傳感器對(duì)不同氣味的敏感程度不同,可以通過對(duì)應(yīng)的雷達(dá)圖來識(shí)別揮發(fā)性氣味[30]。使用便攜式PEN- 3型電子鼻分析了蘋果濁汁的氣味特征,每個(gè)傳感器的響應(yīng)特性為R1(芳香族化合物)、 R2(氮氧化合物)、R3(氨和芳香族化合物)、 R4(氫化物)、 R5(烯烴和芳香族化合物)、 R6(碳?xì)浠衔?、 R7(無機(jī)硫化物)、 R8(醇類和醛酮類化合物)、 R9(芳香族化合物和有機(jī)硫化物)、 R10(烷烴類和脂肪族)。
圖5 4 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風(fēng)味變化Fig.5 Flavor changes of cloudy apple juice with 4 ℃ storage
圖5為4 ℃貯藏下蘋果濁汁的主成分分析和傳感器雷達(dá)圖。由圖5(a)可知,果汁在4 ℃貯藏期間,第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率為97.62%,其中第一主成分的貢獻(xiàn)率為85.23%,第二主成分的貢獻(xiàn)率為12.39%。圖5(a)中橢圓形代表不同貯藏天數(shù)的果汁數(shù)據(jù)采集點(diǎn)[31],數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間的分散程度越大,組間的區(qū)分越明顯。由圖5(a)可知,不同貯藏時(shí)間的蘋果濁汁之間揮發(fā)性風(fēng)味數(shù)據(jù)收集點(diǎn)可以被較好地區(qū)分,說明隨著貯藏時(shí)間的增加,濁汁的揮發(fā)性風(fēng)味已經(jīng)發(fā)生了變化。由圖5(b)可知,樣品果汁在4 ℃貯藏下的風(fēng)味輪廓隨著貯藏時(shí)間的增加是先減小后增大的,這說明果汁在貯藏前期風(fēng)味物質(zhì)是減少的,而在貯藏后期大幅度增加。在貯藏后期,芳香族化合物(R1)、氨和芳香族化合物(R3)、碳?xì)浠衔?R6)、無機(jī)硫化物(R7)、醇類和醛酮類化合物(R8)、烷烴類和脂肪族(R10)6個(gè)傳感器的值增加,說明貯藏過程中這些風(fēng)味物質(zhì)是逐漸增加的,其中包括R1和R8這些對(duì)風(fēng)味有較好影響的芳香族化合物,但也包含對(duì)風(fēng)味有負(fù)面影響的風(fēng)味物質(zhì),如無機(jī)硫化合物。但是在貯藏過程中氮氧化物(R2)、烯烴和芳香族化合物(R5)和有機(jī)硫化物(R9)這些風(fēng)味物質(zhì)變化并不大。
圖6為20 ℃貯藏下蘋果濁汁的主成分分析和傳感器雷達(dá)圖。由圖6(a)可知,在20 ℃條件下果汁在貯藏期間的第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率為97.06%,其中第一主成分的貢獻(xiàn)率為80.03%,第二主成分的貢獻(xiàn)率為17.03%。與4 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風(fēng)味變化類似,不同貯藏時(shí)間的果汁揮發(fā)性風(fēng)味都被很好地區(qū)分開來。由圖6(b)可知,20 ℃下貯藏的蘋果濁汁仍然顯示了風(fēng)味輪廓先減小后增大的趨勢(shì),并且芳香族化合物、氨和芳香化合物、碳?xì)浠衔?、無機(jī)硫化物、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族也呈現(xiàn)增加的現(xiàn)象。在同樣貯藏至3 d時(shí),20 ℃貯藏果汁檢測(cè)出的10個(gè)傳感器值均高于4 ℃貯藏的果汁,并且氮氧化合物、氫化物、碳?xì)浠衔?、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族增加較為明顯。因此,與4 ℃貯藏相比,20 ℃貯藏的蘋果濁汁香味和腐敗風(fēng)味增加速度更快。
圖6 20 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風(fēng)味變化Fig.6 Flavor changes of cloudy apple juice with 20 ℃ storage
為了更明確地表示褐變與蘋果濁汁品質(zhì)指標(biāo)變化的關(guān)系,對(duì)果汁的口味、營養(yǎng)指標(biāo)和主要的電子鼻傳感器響應(yīng)值進(jìn)行了相關(guān)性分析(表2)。在兩種貯藏溫度下,蘋果濁汁的褐變指數(shù)與可溶性固形物、可滴定酸、總酚和維生素C含量在0.01水平(雙側(cè))上均呈極顯著負(fù)相關(guān)。并且口味變化與褐變指數(shù)在冷藏條件下相關(guān)性更高,而營養(yǎng)物質(zhì)含量則在常溫條件下與褐變指數(shù)的相關(guān)性更高。這說明,冷藏條件下褐變程度與濁汁口味的關(guān)系更大,而常溫貯藏下褐變程度與濁汁營養(yǎng)物質(zhì)含量關(guān)系更大。貯藏溫度為4 ℃時(shí),褐變指數(shù)與芳香族化合物、碳?xì)浠衔?、醇醛酮類化合物及烷烴和脂肪族的電子鼻傳感器響應(yīng)值在0.01水平(雙側(cè))均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān),與氨和芳香化合物傳感器響應(yīng)值在0.05水平呈現(xiàn)顯著正相關(guān);而與無機(jī)硫化物基本沒有相關(guān)性。貯藏條件為20 ℃時(shí),除了與芳香族化合物和碳?xì)浠衔飩鞲衅鞯捻憫?yīng)值在0.05水平(雙側(cè))上呈現(xiàn)顯著正相關(guān),與其余風(fēng)味物質(zhì)響應(yīng)值均不顯著。這說明,冷藏條件下蘋果濁汁的芳香族化合物、碳?xì)浠衔?、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族等揮發(fā)性風(fēng)味變化與褐變指數(shù)的相關(guān)性較高,而常溫條件下濁汁的揮發(fā)性風(fēng)味變化對(duì)褐變的程度也存在影響,但影響較小。郝菊芳[32]對(duì)不同貯藏條件下荔枝汁的研究中發(fā)現(xiàn),冷藏對(duì)香氣成分保留率高于常溫貯藏。這說明低溫貯藏有助于香氣成分的保留,可能是由于低溫延緩了貯藏過程中碳水化合物和脂肪酸的分解。
表2 蘋果濁汁褐變與品質(zhì)變化的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of browning and quality change of cloudy apple juice
NFC蘋果濁汁在開封后短時(shí)間貯藏過程中色澤會(huì)隨著貯藏時(shí)間的增加而加深,總酚和維生素C含量逐漸降低,可溶性固形物含量的降低和可滴定酸含量的上升導(dǎo)致了糖酸比下降,致使果汁口味變差。果汁的揮發(fā)性風(fēng)味在貯藏期間變得逐漸濃厚,但是腐敗的風(fēng)味也在同時(shí)增加。溫度是控制貯藏時(shí)間的關(guān)鍵要素,低溫能在一定程度上減緩果汁的褐變。在4 ℃貯藏前期果汁顏色、褐變指數(shù)和口味的變化均不明顯,營養(yǎng)物質(zhì)含量下降也較為緩慢,并延緩了蘋果濁汁的風(fēng)味劣變。品質(zhì)指標(biāo)與褐變指數(shù)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性,其中冷藏條件下褐變程度與濁汁的風(fēng)味關(guān)系較大,而常溫貯藏下褐變程度與蘋果濁汁營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)系更大。